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摘要:在本文中，一个全面的能源开发和模拟环境就是以最佳的方法选择建筑围护结构和供暖空调系统设计特点及操作设置。通过模拟环境，能够确定建筑设计的特点，最大限度地减少生命周期成本。在模拟环境中的三个优化算法包括遗传算法，粒子群算法和顺序搜索算法。通过对鲁棒性和这三种算法的有效性进行了比较，以评估各种设计应用程序环境和气候条件性能的仿真。尤其是，仿真环境应经被应用在美国的五个地点的单户住宅设计上：科罗拉多州博尔德，伊利诺伊州芝加哥，佛罗里达周迈阿密，亚利桑那州凤凰城，加利福尼亚旧金山。通过确定优化设计能够降低生命周期成本和减少预算的限制。结果发现，根据气候和家庭的类型，最佳选择能够降低生命周期成本10-25％。
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关键词：住宅建筑;生命周期成本;HVAC;外围;遗传算法（GA）,粒子群优化（PSO）, 顺序搜索（SS）
1介绍
几个设计的参数对建筑物加热和冷却热负荷有明显的影响效果。这些参数包括建筑造型和建筑围护结构及功能，方向，墙壁和屋顶结构，窗口类型和大小，还有特殊的加热，通风和空调（HVAC）系统，比如它们的类型，效率和操作设置。在总的建筑能源的使用中，建筑设计师的设计明显的增加了困难，而这些参数相互依赖，以确定最佳的组合，最大限度地减少能源使用和成本，同时保持理想的室内热舒适性条件。
传统上，通过利用对能效标准和建筑法规拇指规则的指导方针所获得多年的经验，建筑设计师定义了一套可信的规范。随着详细的建筑能耗模拟工具的设计[1-3]，设计人员可以进行一系列的参数分析，并对不同的设计和操作功能的影响做出评估。最终选择最好的建筑能源系统。然而，这些分析往往是根据参数评估的影响，通常只有一个或有限数量的参数。这种方法很可能错过重要的互动效应，从而不太可能选择最好的建筑设计特点。
最近，以优化为基础的选择方法被提出用来用以选择建筑物的形状[4,5]，墙壁和屋顶结构和绝缘水平[6,7]，或其他一些建筑外表的设计特点[8,9]。特别是，Tuhus-Durow和Krarti [10,11]开发了一个模拟的环境，使用遗传算法优化技术组合了几个建筑围护结构的特点来确定最佳的选择，以优化能源消费和生命周期本。据报道，选择HVAC系统的设计特点和运作设置的研究已经非常有限。大多数发表的作品，一直专注于HVAC的设计或操作特定成分的优化，如空气处理机组或冷水机组[12-16]。
在本文中，HVAC系统类型广泛被认为是满足单户住宅楼宇的加热和冷却的要求。然而HVAC系统操作类型选择设置不仅是一个优化的仿真环境，而是对某住宅楼建筑围护结构的最佳组合，使HVAC系统功能的生命周期运营成本可以降到最低。首先，住宅建筑原型包括建筑围护结构和HVAC系统描述设计和操作选项。然后，对选定的结果进行了讨论，向人们展示了优化模拟作为一个全面的工具来设计住宅楼宇低能源环境发展的潜力。
2 住宅建筑介绍
对于模拟环境，美国建筑（BA）的基准模型被用作参照住宅建筑来考虑优化仿真环境[17]。BA的基准模型提供住宅建筑得详细规格，包括建筑围护结构的特点，HVAC系统设置和操作时间表。这些规格依靠于建筑原型和气候。图1和表1列出的参考模型考虑的分析，及本文提出的单一家庭住宅的建筑的基本功能。然而，应当指出的是，本文中概述的建模和优化方法也可应用于任何的住宅或商业建筑原型。
表1 参考模型的基本特征
成品的建筑面积 167.23平方米（1800平方
楼层数 2 基础型板 板厚